在新能源汽車滲透率逐年提升的當(dāng)下，為進(jìn)一步降低用戶補(bǔ)能焦慮，從而提高用車滿意度，由保時(shí)捷Taycan率先驗(yàn)證的技術(shù)方案，即將高壓平臺(tái)從傳統(tǒng)400V提升至800V由此形成的新高壓系統(tǒng)，正在引發(fā)新能源汽車電氣架構(gòu)的根本性變革。

在此變革中，各主機(jī)廠、零部件廠家基于自身優(yōu)勢分別從不同領(lǐng)域、方向進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)的突破，本文就關(guān)鍵變革進(jìn)行梳理與呈現(xiàn)。

一、高壓電氣架構(gòu)系統(tǒng)性重構(gòu)

1.1 整車電氣拓?fù)涓镄?

我們知道當(dāng)高壓平臺(tái)提升至800V時(shí)，就整車應(yīng)用而言其非簡單的電壓提升，而是牽涉到全車電氣系統(tǒng)的拓?fù)渲貥?gòu)。這相較于傳統(tǒng)400V架構(gòu)，新型分布式區(qū)域控制架構(gòu)需將PDU的功率分配能力提升至300kW級(jí)別。

此變革中，典型的如特斯拉Model S Plaid采用了六層母線排設(shè)計(jì)，可在相同載流量下將導(dǎo)體截面積減少了40%，其通過三維立體布局實(shí)現(xiàn)了97.5%的能量傳輸效率。

1.2 碳化硅功率器件突破

在800V平臺(tái)的應(yīng)用中，為降低損耗、提高效率、提升安全性，高壓開關(guān)器件的應(yīng)用核心在于SiC MOSFET器件的應(yīng)用。

此領(lǐng)域中，如比亞迪漢EV搭載的SiC模塊可在1200V/300A工況下，開關(guān)損耗比硅基IGBT降低73%，這使得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)峰值效率突破了97.5%。

另外，作為汽車零部件巨頭的博世，其最新研發(fā)的第四代SiC芯片采用了溝槽柵結(jié)構(gòu)將通態(tài)電阻降至1.2mΩ·cm2，這相比于平面結(jié)構(gòu)降低了35%。

1.3 電池系統(tǒng)架構(gòu)調(diào)整

當(dāng)高壓平臺(tái)得到提升時(shí)，安全應(yīng)用對(duì)電池系統(tǒng)提出了嚴(yán)苛要求。在典型應(yīng)用中，如寧德時(shí)代CTP 3.0麒麟電池通過模組級(jí)智能熔斷技術(shù)，在單體電芯故障時(shí)可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)分區(qū)隔離。由于此時(shí)電池包內(nèi)串聯(lián)電芯數(shù)量從192節(jié)（400V）增至了384節(jié)（800V），因此BMS需要管理超過5000個(gè)電壓采樣點(diǎn)，此時(shí)的采樣精度要求從±5mV提升至±2mV。

二、關(guān)鍵子系統(tǒng)技術(shù)突破

2.1 高壓線束與連接技術(shù)

在800V高壓平臺(tái)的安全應(yīng)用中，要求線束絕緣層耐壓等級(jí)從2500V提升至5000V。此應(yīng)用中，如安波福開發(fā)的超薄型交聯(lián)聚乙烯絕緣材料，可在保持相同絕緣性能下使線徑縮減15%。

在連接器方面，泰科電子HDC800系列采用三重復(fù)合屏蔽結(jié)構(gòu)，將接觸電阻控制在0.25mΩ以下，電磁兼容性能提升20dB。

2.2熱管理系統(tǒng)

由于高壓/超高壓快充的應(yīng)用，使得車輛在充電過程中的熱負(fù)荷相較于傳統(tǒng)平臺(tái)有了巨大的增長，為確保安全性及應(yīng)用便利性，安全應(yīng)用對(duì)充電樁熱管理、整車熱管理提出了更高要求。

基于此應(yīng)用背景，如特斯拉V4超充樁配套的浸沒式冷卻系統(tǒng)，其通過3M氟化液直接接觸冷卻，使充電電纜持續(xù)載流能力達(dá)到800A。

在整車熱管理方面，如現(xiàn)代E-GMP平臺(tái)采用的雙回路熱泵系統(tǒng)，可在-30℃環(huán)境下仍維持電池溫差在±1.5℃以內(nèi)。

2.3 電力電子轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

在高壓平臺(tái)的變革與對(duì)外放電的應(yīng)用需求下，OBC朝雙向化、高頻化發(fā)展?；诖藨?yīng)用，如華為Drive ONE 800V雙向OBC采用全GaN方案，將開關(guān)頻率提升至1MHz，功率密度達(dá)到了4kW/L。

再如吉利SEA架構(gòu)的DC-DC轉(zhuǎn)換器采用矩陣式LLC諧振拓?fù)?，?00V-12V轉(zhuǎn)換場景下實(shí)現(xiàn)了98.6%的峰值效率。

三、挑戰(zhàn)與解決方案

3.1 絕緣與爬電距離控制

在此變革中，高壓系統(tǒng)對(duì)絕緣設(shè)計(jì)提出了新要求。如在電機(jī)方面，電機(jī)繞組需采用PEEK+陶瓷復(fù)合絕緣漆，耐電暈壽命提升至2000小時(shí)以上。此應(yīng)用下，如廣汽埃安夸克電驅(qū)采用納米晶帶材作為定子鐵芯，將局部放電起始電壓提升至3.5kV/mm。同時(shí)在PCB板三防漆噴涂工藝中引入等離子預(yù)處理技術(shù)，使介質(zhì)耐壓強(qiáng)度達(dá)到120V/mil。

3.2 電磁兼容性優(yōu)化

在800V高壓平臺(tái)下，高壓開關(guān)器件的開關(guān)頻率帶來了更嚴(yán)苛的EMI要求。在此領(lǐng)域，聯(lián)合電子開發(fā)的主動(dòng)諧波抑制技術(shù)，通過前饋補(bǔ)償算法將傳導(dǎo)干擾降低15dBμV。

威邁斯在OBC中應(yīng)用了磁集成技術(shù)，將共模噪聲抑制能力提升至80dB@1MHz。同時(shí)在線束布局上采用雙層反向絞合結(jié)構(gòu)，使輻射發(fā)射降低12dBμV/m。

3.3 系統(tǒng)安全與故障保護(hù)

800V高壓平臺(tái)下，多級(jí)聯(lián)動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間縮短至50μs。此安全應(yīng)用方面，如安森美的新型固態(tài)斷路器采用IGCT器件，可在3μs內(nèi)切斷2000A故障電流。電池系統(tǒng)引入分布式光纖測溫技術(shù)，可在2ms內(nèi)完成全包溫度掃描。

整車方面，如小鵬G9搭載的毫秒級(jí)主動(dòng)放電系統(tǒng)，可在碰撞后150ms內(nèi)將母線電壓降至60V以下（通常在系統(tǒng)開發(fā)中，要求主動(dòng)放電至60V以下的時(shí)間不高于1s，被動(dòng)放電至60V以下的時(shí)間不高于3min）。

四、生態(tài)協(xié)同

4.1 充電基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)

在上文提到800V超充樁面臨著熱管理挑戰(zhàn)，為確保此領(lǐng)域的安全應(yīng)用，如ABB推出了液冷充電槍線采用低粘度冷卻油，可在500A工況下溫升控制在35K以內(nèi)。

在充電模塊方面，整體向著智能化方向發(fā)展，典型的如華為動(dòng)力云通過AI算法實(shí)現(xiàn)充電曲線動(dòng)態(tài)優(yōu)化，將30-80%充電時(shí)間縮短至12分鐘。

4.2 測試驗(yàn)證體系重構(gòu)

為應(yīng)對(duì)800V高壓平臺(tái)的安全應(yīng)用，在測試領(lǐng)域新增了32項(xiàng)高壓專項(xiàng)測試，包括3000次高壓循環(huán)耐久測試、1000h鹽霧腐蝕測試等。此方面如聯(lián)合電子建設(shè)了國內(nèi)首個(gè)全工況高壓電弧實(shí)驗(yàn)室，可模擬海拔5500米、濕度95%的極端環(huán)境。

4.3 新材料應(yīng)用突破

在材料領(lǐng)域，陶氏化學(xué)開發(fā)的有機(jī)硅凝膠灌封材料，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到4.5W/m·K，擊穿強(qiáng)度超過25kV/mm。東麗T1100碳纖維在電池箱體上的應(yīng)用比傳統(tǒng)鋁合金減重40%的同時(shí)，抗沖擊性能提升3倍。

五、總結(jié)

針對(duì)新能源汽車的高壓平臺(tái)革新，在之前的相關(guān)文章中我們也多次對(duì)細(xì)分技術(shù)的應(yīng)用于發(fā)展進(jìn)行了討論。站在技術(shù)演進(jìn)的角度看，800V高壓平臺(tái)正在重塑新能源汽車的技術(shù)邊界。從材料創(chuàng)新到系統(tǒng)集成，從零部件突破到生態(tài)協(xié)同，這場由電壓等級(jí)提升引發(fā)的技術(shù)革命正在催生新一代高性能電動(dòng)平臺(tái)。而伴隨著諸多車企的量產(chǎn)驗(yàn)證，此技術(shù)路線也已走向了商業(yè)成熟。